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高等数学 第11讲 多元函数偏导数的计算与应用_复合函数求偏导_隐函数求偏导_条件极值

偏导数的计算

文章目录

  • 偏导数的计算
  • 1.复合函数求偏导
    • 1.1 复合函数一阶偏导
    • 1.2 复合函数二阶偏导
  • 2.隐函数求偏导
    • 2.1 直接法
    • 2.2 公式法(最重要)
    • 2.3 全微分形式不变性(好用,但是可以不会)
  • 3.多元函数的极值和最值
    • 3.1 无条件极值
    • 3.2 最值问题
      • 3.2.1 概要
      • 3.2.2 拉格朗日乘数法
      • 3.2.3 条件最值问题,转换为非条件最值问题
    • 3.3 其他方法
      • 3.3.1 利用均值或柯西不等式(重要)
      • 3.3.2 利用极坐标

最基本的偏导数计算不作讨论量,就是对x求偏导,把y看成常数。

1.复合函数求偏导

首先要明确链式求导法则的以下内容

在这里插入图片描述

1.1 复合函数一阶偏导

下面的例子都是以抽象函数为例的,因为抽象函数是更常考的。

在这里插入图片描述
1

1.2 复合函数二阶偏导

在这里插入图片描述

注意:若函数的两个二阶混合偏导数在区域内均连续,则这两个二阶混合偏导数相同,与求导次序无关

2.隐函数求偏导

隐函数求一阶导数有三种求法2.1-2.3,但是隐函数求二阶偏导只有一种求法,那就是直接法,所以求二阶的时候z看成(x,y),也意味着只有公式法才看成三元独立变量。

2.1 直接法

两端同时对x求导,把y看作常数,z看作z(x,y)

如z=z(x,y)是由方程z+ez=xy所确定,求一阶偏导数

2.2 公式法(最重要)

下面详细说明公式法的使用,分为两种情况

第一种情况是对于y=f(x)的情况,则有

d y d x = − F x ′ F y ′   \frac{dy}{dx} = - \frac{F_{x}^{'}}{F_{y}^{'}}\: dxdy=FyFx
第二种情况是,z是关于x和y的函数,移项化为F(x,y,z)=0,则,移项完这是x,y,z是三元独立自变量。
在这里插入图片描述

2.3 全微分形式不变性(好用,但是可以不会)

留白待整理

3.多元函数的极值和最值

多元函数中,极值点和驻点无关系

3.1 无条件极值

方法核心:利用必要条件得到所有可疑点,利用充分条件判别可疑点是否是极值点

1.寻找可疑点
计算一阶偏导数,一阶偏导数=0的点是可疑点,导数不存在的点也可能是极值点,但是在多元函数中,一般都是可导的。

2.判别是否是极值点
在这里插入图片描述

3.2 最值问题

3.2.1 概要

注意在最值问题中的范围问题,如在x2+y2≤25,x2+y2<25和x2+y2=25这是三类不同的题目
≤是边界+内部,<是内部,=0是边界
内部还是用无条件极值的方法做,边界用拉格朗日乘数法做,内部+边界问题那就是两种方法同时使用

3.2.2 拉格朗日乘数法

在这里插入图片描述

解上述方程组得到备选点pi,i=1,2,3,…,n,并求其最大值为umax,umin
在计算过程中,有些时候不要蛮力计算,要巧算

注意:一种转换思想,如求|式子|的最值,转换为求|式子|2的最值,e式子,转换为求式子的最值等的这种简化思想

3.2.3 条件最值问题,转换为非条件最值问题

有些题的约束条件ψ(x,y,z)φ(x,y,z)中能解出z=(x,y),则直接将其代入进f(x,y,z)中,得到f(x,y,z(x,y)),求其非条件极值

3.3 其他方法

在做题过程中,可以灵活的运用其他方法解决问题,如利用图像几何性质等做题

3.3.1 利用均值或柯西不等式(重要)

均值不等式:
在这里插入图片描述

柯西不等式:
在这里插入图片描述

3.3.2 利用极坐标

在某些有圆或椭圆的题目中,可以利用极坐标设x=rcosθ,y=rsinθ再去解决问题


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